JP2007076128A - 液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 積層型圧電素子の平坦な接合面と振動板の平坦な連結部とを接合しているにもかかわらず、積層型圧電素子の変位の伝達効率ないし駆動効率が低い。
【解決手段】 記録液の液滴を吐出するノズル４と、このノズル４が連通する液室６と、この液室６の壁面を形成する振動板２と、この振動板２を変位させる積層型圧電素子１２とを備え、積層型圧電素子１２は、電圧印加で変位を生じる活性部３１と変位を生じない不活性部３２とを有し、振動板２に連結部１１を介して連結する積層型圧電素子１２の活性部３１の長手方向長さＬｐが、変位を生じたときに振動板２の連結部１１との連結面に凹みが生じない長さである。
【選択図】 図６

Description

本発明は液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関し、特に積層型圧電素子を用いる液体吐出ヘッド及びこの液体吐出ヘッドを備える画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置は、液体吐出ヘッドを記録ヘッドに用いて、記録紙等の被記録媒体（以下「用紙」と称するが、材質を紙に限定するものではなく、記録媒体、転写紙、転写材、被記録材などとも称される。）に記録液としてのインク滴を吐出して記録（画像形成、印写、印字、印刷なども同義語で使用する。）を行なうものである。

液体吐出ヘッドとしての例えばインクジェットヘッドとしては、液室内の液体であるインクを加圧する圧力を発生するための圧力発生手段として圧電体、特に圧電層と内部電極を交互に積層した積層型圧電素子を用いて、積層型圧電素子のｄ３３又はｄ３１方向の変位で液室の壁面を形成する弾性変形可能な振動板を変形させ、液室内容積／圧力を変化させて液滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のものが知られている。
特開２００３−０５１６２７号公報 特開平１１−２７７７４５号公報

このような積層型圧電素子を用いた液体吐出ヘッドにおいて、圧電素子の変位を効率的に振動板に伝達するために、特許文献３に記載されているように、圧力伝達部材の圧力室と対向する面積が積層圧電素子の該面積よりも大きく、積層圧電素子の圧力伝達部材と接合される面に、凹形状、または凸形状を有し、且つ圧力伝達部材の積層圧電素子と接合される面に、凸形状、または凹形状を有し、圧力伝達部材に接合される積層圧電素子の端面における活性部の両側に凹部が形成されているようにしたものがある。
特許第３４８６９１３号公報

ところで、従来の積層型圧電素子を用いた液体吐出ヘッドにおいて、例えば上記特許文献３にも記載されているように積層型圧電素子を振動板の連結部に接合して振動板に変位を伝達するような構成としたとき、積層型圧電素子の接合面が平坦面を維持したまま平行移動するか、あるいは、両端部に不活性部がある場合には、不活性部が変位しないことから接合面の中央部が凸状になるように変形すると認識されている。

ところが、実際には、積層型圧電素子の平坦な接合面と振動板の平坦な連結部とを接合して積層型圧電素子を駆動しても、積層型圧電素子の変位が振動板の変位に十分に伝達されず、積層型圧電素子の変位の伝達効率ないし駆動効率が低いということが問題になっている。

そこで、本発明者らはその原因を追求したところ、積層型圧電素子の接合面は平坦面であるにもかかわらず、積層型圧電素子に電圧を印加して変位させると、接合面には凹みが生じていることが判明した。

本発明は上記の課題と知見に基づいてなされたものであり、変位伝達効率を向上した液体吐出ヘッド及びこの液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、積層型圧電素子の活性部の長手方向長さが、変位を生じたときに振動板の連結部との連結面に凹みが生じない長さである構成とした。

ここで、活性部の長手方向の長さＬｐ（μｍ）は、連結部の長手方向の長さＬｊ（μｍ）に対して、Ｌｐ≦Ｌｊ＋５００、の関係にあることが、特に、Ｌｐ≧Ｌｊ＋３００、の関係にあることが好ましい。また、活性部の長手方向の長さＬｐ（μｍ）は、１１００（μｍ）より長く、１５００（μｍ）より短いことが好ましい。さらに、不活性部の長手方向の長さＬｕ（μｍ）は、活性部の長手方向の長さＬｐ（μｍ）に対して、Ｌｕ≦−０．５×Ｌｐ＋９５０、の関係にあることが好ましく、この場合、不活性部の長手方向の長さＬｕ（μｍ）は１００（μｍ）以上であることが好ましい。

また、積層型圧電素子と振動板とは、活性部内に配置された連結部のみで連結され、不活性部は振動板とは連結されていないことが好ましい。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているものである。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、積層型圧電素子の活性部の長手方向長さが、変位を生じたときに振動板の連結部との連結面に凹みが生じない長さである構成としたので、積層型圧電素子の変位を振動板にそのまま伝達することができて変位伝達効率が向上し、滴吐出効率が向上する。

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、駆動効率が高く、滴吐出特性が良好で、高画質画像を安定して形成することができる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る液体吐出ヘッドの第１実施形態について図１ないし図５を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドの長手方向に沿う断面説明図、図３は図２の要部拡大図、図４及び図５は同ヘッドの液室短手方向に沿う異なる例を示す断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、例えば単結晶シリコン基板で形成した流路板１と、この流路板１の下面に接合した振動板２と、流路板１の上面に接合したノズル形成部材であるノズル板３とを有し、これらによってインク滴を吐出するノズル４が連通路５を介して連通する加圧液室６、流体抵抗部７、流体抵抗部７を介して液室６と連通する連通部９を形成し、連通部９に振動板２に形成した供給口１０を介してフレーム部材１７に形成した共通液室８から記録液（例えばインク）を供給する。なお、各液室６間は隔壁６Ａによって隔てられている。

そして、液室６の壁面を形成する振動板２の面外側（液室６と反対面側）に、各加圧液室６に対応して、振動板２に形成した連結部１１を介して圧力発生手段としての積層型圧電素子１２の上端部を接合し、この積層型圧電素子１２の下端部は支持基板１３に接合して固定している。なお、支持基板１３は圧電素子１２の各列毎に分割した構成とすることもできる。

この圧電素子１２は、圧電材料層１４と内部電極１５ａ、１５ｂとを交互に積層したものである。この場合、圧電素子１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて液室６内インクを加圧する構成としている。なお、圧電素子１２は１つの支持基板１３上に２列配置しているが、各列毎に支持基板を設ける構成でもよいし、また、３列以上配置する構成でもよい。

また、流路板１及び振動板２の周囲は例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したフレーム部材１７に接着接合し、このフレーム部材１７と支持基板１３とは図示しない部分を接着剤などで相互に固定している。そして、このフレーム部材１７には前述した共通液室８を形成するとともに、この共通液室８に外部から記録液を供給するための図示しない供給路（連通管）を形成し、この供給路は更に図示しない記録液カートリッジなどの記録液供給源に接続される。なお、フレーム部材１７は２分割しているが１つの部材でも良い。

さらに、圧電素子１２には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル１８を接続し、このＦＰＣケーブル１８には各圧電素子１２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）１９を実装している。

ここで、流路板１は、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、連通路５、加圧液室６となる貫通穴、流体抵抗部７、連通部９などを構成する溝部をそれぞれ形成している。

振動板２はニッケル（Ｎｉ）の金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法（電鋳）で製造している。この振動板２は加圧液室６に対応する部分を、変形を容易にするための薄肉部とし、中央部には圧電素子１２と接合するための連結部１１を設けている。

なお、液室短手方向（ノズル４の並び方向）では、図４に示すように、圧電素子１２と支柱部２２を交互に配置したバイピッチ構造とすることもできるし、あるいは、図５に示すように、支柱部２２を設けないノーマルピッチ構造とすることもできる。

ノズル板３は、ニッケル（Ｎｉ）の金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法（電鋳）で製造している。このノズル板３には各加圧室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を形成し、流路板１に接着剤接合している。そして、このノズル板３の液滴吐出側面（吐出方向の表面：吐出面、又は液室６側と反対の面）には、シリコーン樹脂によって形成した撥水層を設けている。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば押し打ち方式で駆動する場合には、図示しない制御部から記録する画像に応じて複数の圧電素子２に２０〜５０Ｖの駆動パルス電圧を選択的に印加することによって、パルス電圧が印加された圧電素子１２が変位して振動板２をノズル板３方向に変形させ、液室６の容積（体積）変化によって液室６内の液体を加圧することで、ノズル板３のノズル４から液滴が吐出される。そして、液滴の吐出に伴って液室６内の圧力が低下し、このときの液流れの慣性によって液室６内には若干の負圧が発生する。この状態の下において、圧電素子１２への電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板２が元の位置に戻って液室６が元の形状になるため、さらに負圧が発生する。このとき、図示しない液タンクに通じる液供給パイプから入った液は、液室６内に充填され、次の駆動パルスの印加に応じて液滴がノズル４から吐出される。

そこで、積層型圧電素子１２の詳細について図６以降をも参照して説明する。
上述したように、圧電素子１２は、圧電材料層１４と内部電極１５ａ、１５ｂとを交互に積層したものであり、図６に示すように、内部電極１５ａ、１５ｂが圧電材料層１４を介して対向した領域は電圧を印加することで変位を生じる活性部３１となり、内部電極１５ａ、１５ｂが圧電材料層１４を介して対向していない長手方向の両端部は電圧を印加することで変位を生じない不活性部３２となる。そして、活性部３１の上端面に振動板２の連結部１１を接合している。

ここで、圧電素子１２の活性部３１の長手方向長さ（以下「活性部長」ともいう。）Ｌｐを長くすれば、圧電素子１２の総変位は増えるが、実際は、連結部１１に接続された領域のみ、振動板２の変形、即ち加圧液室６に対する圧力印加に寄与する。

そこで、本発明者らは圧電素子１２の活性部長Ｌｐを１４００μｍ、１６００μｍの２種類とし、不活性部３２の長手方向長さ（以下「不活性部長」ともいう。）Ｌｕを１５０μｍで固定して、圧電素子１２を駆動したときの圧電素子１２と連結部１１の接触面（連結面）の変位分布を測定した。この結果を図７に示している。

この図７から分かるように、この例では、活性部長Ｌｐが１４００μｍでは変位後も圧電素子１２の接触面（上端面）は凹みのない平坦面であるのに対し、活性部長Ｌｐが１６００μｍになると、連結部１１と連結する中央付近が凹み変位量が減少していることが判る。このように、圧電素子１２を駆動したときに連結部１１との連結面に凹みが生じると、圧電素子１２の変位を振動板２に対して効率的に伝達することができなくなる。

これを確認するために、圧電素子１２の活性部長Ｌｐをパラメータとして液室６で発生する圧力の値について数値シミュレーションを行なった。この結果を図８に示している。この図８から判るように、ある活性部長Ｌｐで液室圧力がピークを持つ特性になる。即ち、活性部長Ｌｐが液室圧力がピーク値になる長さよりも短い場合には、活性部長Ｌｐの長さが十分でないため、活性部長Ｌｐの増大に伴い、圧電素子１２の総変位量が増えることから圧力は増加するが、ピーク値になる長さを超えると、図７に示したように、連結面の中央付近に凹みが生じて変位量が減るため、液室圧力が増加しなくなる。

したがって、圧電素子１２の活性部長Ｌｐは駆動したときに連結面に凹みが生じない長さにすることで、変位伝達効率が向上し、滴吐出効率ないし駆動効率が向上する。圧電素子の活性部長を液室圧力がピーク値になるときの長さよりも長くしても、大型化によるコスト上昇を招くだけで、特性はむしろ低下することになる。

次に、圧電素子１２の活性部長Ｌｐと連結部１１の長手方向長さ（以下「連結部長）という。）Ｌｊとの関係について説明する。
上述した液室圧力がピーク値を示す活性部長Ｌｐは、連結部長Ｌｊによって変化する。そこで、活性部長Ｌｐと連結部長Ｌｊの関係を変えた場合の圧力がピーク値になる構成について実験を行なった。

ここでは、活性部長Ｌｐと連結部長Ｌｊの差、即ち（Ｌｐ−Ｌｊ）をパラメータとし、連結部長Ｌｊ及び不活性部長Ｌｕを固定し、活性部長Ｌｐを変えたときの、液室圧力の変化を評価し、圧力が最大となるときの活性部長Ｌｐから、（Ｌｐ−Ｌｊ）の値を求めることとした。この結果を図９に示している。

この図９から判るように、連結部長Ｌｊを長くしていく場合、（Ｌｐ−Ｌｊ）の最適値は減少していくが、短くしていくと、ある値で一定になる。このときの（Ｌｐ−Ｌｊ）の最大値は、図９から５００μｍ程度となっている。不活性部長Ｌｕをこれ以上短くすることは現実的でないことから、（Ｌｐ−Ｌｊ）の値は、最大でも５００μｍとするのが良い。これ以上、（Ｌｐ−Ｌｊ）を大きくすると、大型化によるコスト上昇及び駆動効率低下といった問題のみ発生し、メリットがない。（Ｌｐ−Ｌｊ）をこの値よりも小さくすることは、駆動効率の面では低下するが、小型化によるコストメリットは発生する。

したがって、圧電素子の活性部長Ｌｐ（μｍ）は、長い方向では、連結部長Ｌｊ（μｍ）に対して、Ｌｐ≦Ｌｊ＋５００（μｍ）の関係にあるようにすることが好ましい。これにより、圧電素子の小型化によるヘッドの小型化と駆動効率の向上との調和を図ることができる。

次に、圧電素子の活性部長Ｌｐと連結部長Ｌｊとの差（Ｌｐ−Ｌｊ）を、あまり小さくすると、圧電素子の極度の小型化による、相互干渉特性の劣化、即ち支持部２２による支持力低下といった問題が発生する。

そこで、圧電素子と加圧液室、及び連結部の構成を変えて相互干渉特性について比較した。この結果を図１０に示している。ここで、
構成１：加圧液室長１５００μｍ 連結部長１２００μｍ 不活性部長３００μｍ
構成２：加圧液室長１３００μｍ 連結部長１２００μｍ 不活性部長１５０μｍ

構成３：加圧液室長１１００μｍ 連結部長１１００μｍ 不活性部長１５０μｍ
とした。

ここでは、相互干渉を示す指標として、加圧液室の圧力最大値を、流路板１の、圧電素子１２の駆動方向への変位量で割った値を用いている。即ち、値が大きければ同じ圧力でも流路板１の振動が少ないことになり、相互干渉は起こりにくいことを示す。

この図１０から判るように、いずれの構成においても、（Ｌｐ−Ｌｊ）が３００μｍ以下になると、相互干渉特性は悪くなっていく。したがって、（Ｌｐ−Ｌｊ）の値は３００μｍ以上、即ち、Ｌｐ≧３００＋Ｌｊ、の関係にあることが好ましい。

圧電素子は、活性部長Ｌｐを短くすると、全長即ち活性部長Ｌｐと不活性部長Ｌｕを加算した値に対する活性部長Ｌｐの割合が低下する。即ち、圧電素子のサイズに対する、変位発生領域の比率が低下する。したがって、圧電素子をあまり小型化すると、効率の悪い構造になる。また、図７に示したとおり、活性部長Ｌｐを長くしすぎると、活性部３１の領域の変位の平坦性が損なわれ、連結部１１に接続する中央付近に凹みが生じて変位が低下する。

これらの２点に加えて、圧電素子の最大変位量を、圧電素子の性能を示すパラメータと考え、以下のような評価パラメータを定義した。
評価パラメータ＝寸法効率×平坦性×最大変位

ここで、寸法効率＝活性部長／（活性部長＋不活性部長）
平坦性 ＝圧電素子中央部での変位量／圧電素子の最大変位

この評価パラメータを用いて、圧電素子１２の活性部長Ｌｐを変えた場合の評価結果を図１１に示している。このことから、活性部長Ｌｐが、１１００（μｍ）以下及び１５００（μｍ）以上になると、急激に評価パラメータの値は低下することが判る。即ち、圧電素子１２の活性部長Ｌｐは、１１００μｍ＜Ｌｐ＜１５００μｍ、の範囲内とすることが好ましい。

次に、圧電素子１２の不活性部長Ｌｕは、不活性部３２を延ばすことによって活性部３１の変位が抑えられるため、駆動効率は低下するが、図４において支持部２２の紙面奥行き方向の長さが増すことから支持力が増え、流路板１の変位は減少する。即ち、相互干渉特性が改善される。

そこで、両者を評価するため、先に用いた相互干渉を示す指標を用い、不活性部長Ｌｕを変えた場合の特性を評価した。その結果を図１２に示している。

この図１２から判るように、不活性部長Ｌｕの長さを変えた場合、ある値にて極大値を持つことがわかる。この値より大きくすると、相互干渉特性は悪くなり、不活性部長Ｌｕを延ばすメリットが無くなる。したがって、不活性長Ｌｕはこの極大値を取る値以下にすることが好ましい。この図１２からは、概ね不活性部長Ｌｕ（μｍ）は、−０．５×活性部長Ｌｐ（μｍ）＋９５０（μｍ）以下することが良い。

駆動効率は上述したように不活性部長Ｌｕを短くすることで改善されるが、ある程度短くすると、それ以上は変わらなくなる。これについて評価した結果を図１３に示している。ここでは、活性部長Ｌｐ、不活性部長Ｌｕを変えてインクジェットヘッドを作ったときの、液室６の圧力について評価している。

この図１３から判るように、活性部長Ｌｐに関わらず、不活性部長Ｌｕが１００μｍ以下になると、圧力の値は変わらない。即ち、不活性部長Ｌｕを１００μｍ以下とすると、相互干渉特性が悪くなるだけで、駆動効率は改善されない。したがって、圧電素子の不活性部長Ｌｕは、１００μｍ以上にするのが好ましい。

ところで、上述したように、圧電素子の小型化を図るために、不活性部長も必要以上に延ばせない場合には、不活性部３２の端部（活性部３１に接する側と反対側の端部）も実際には変位が発生する。そのため、例えば図１４に示すように、この領域が振動板厚肉部２Ａを介して流路板１と接続されていると、不活性部３２で発生する変位により流路板１を押し上げ、相互干渉特性が劣化する。

したがって、圧電素子１２と振動板２の連結は活性部３１のみで連結し、不活性部３２では連結しないことが好ましい。組み付けの都合上、振動板厚肉部２Ａを連結部１１以外に配置する必要が生じる場合には、図１５に示すように、振動板厚肉部２Ａと不活性部３２が連結（接続）されないようにする。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置の一例について図１６及び図１７を参照して説明する。なお、図１６は同画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図、図１７は同装置の要部平面説明図である。

この画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド１０１とガイドレール１０２とでキャリッジ１０３を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ１０４で駆動プーリ１０６Ａと従動プーリ１０６Ｂ間に架け渡したタイミングベルト１０５を介して矢示方向（主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ１０３には、例えば、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の記録液の液滴（インク滴）を吐出する独立した４個の本発明に係る液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙで構成した記録ヘッド１０７を主走査方向に沿う方向に配置し、液滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ここでは独立した液体吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する１又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。

キャリッジ１０３には、記録ヘッド１０７に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１０８を搭載している。このサブタンク１０８にはインク供給チューブ１０９を介して図示しないメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。

一方、給紙カセット１１０などの用紙積載部（圧板）１１１上に積載した被記録媒体（用紙）１１２を給紙するための給紙部として、用紙積載部１１１から用紙１１２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙ローラ）１１３及び給紙ローラ１１３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１１４を備え、この分離パッド１１４は給紙ローラ１１３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙１１２を記録ヘッド１０７の下方側で搬送するための搬送部として、用紙１１２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト１２１と、給紙部からガイド１１５を介して送られる用紙１１２を搬送ベルト１２１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ１２２と、略鉛直上方に送られる用紙１１２を略９０°方向転換させて搬送ベルト１２１上に倣わせるための搬送ガイド１２３と、押さえ部材１２４で搬送ベルト１２１側に付勢された先端加圧コロ１２５とを備えている。また、搬送ベルト１２１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１２６を備えている。

ここで、搬送ベルト１２１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１２７とテンションローラ１２８との間に掛け渡されて、副走査モータ１３１からタイミングベルト１３２及びタイミングローラ１３３を介して搬送ローラ１２７が回転されることで、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。なお、搬送ベルト１２１の裏面側には記録ヘッド１０７による画像形成領域に対応してガイド部材１２９を配置している。

また、搬送ローラ１２７の軸には、スリット円板１３４を取り付け、このスリット円板１３４のスリットを検知するセンサ１３５を設けて、これらのスリット円板１３４及びセンサ１３５によってエンコーダ１３６を構成している。

帯電ローラ１２６は、搬送ベルト１２１の表層に接触し、搬送ベルト１２１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各２．５Ｎをかけている。

また、キャリッジ１０３の前方側には、スリットを形成したエンコーダスケール１４２を設け、キャリッジ１０３の前面側にはエンコーダスケール１４２のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ１４３を設け、これらによって、キャリッジ１０３の主走査方向位置を検知するためのエンコーダ１４４を構成している。

さらに、記録ヘッド１０７で記録された用紙１１２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１２１から用紙１１２を分離するための分離部と、排紙ローラ１５２及び排紙コロ１５３と、排紙される用紙１１２をストックする排紙トレイ１５４とを備えている。

また、背部には両面給紙ユニット１５５が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット１５５は搬送ベルト１２１の逆方向回転で戻される用紙１１２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙する。

さらに、図１０に示すように、キャリッジ１０３の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド１０７のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構１５６を配置している。

この維持回復機１５６は、記録ヘッド１０７の各ノズル面をキャピングするための各キャップ１５７と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード１５８と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け１５９などを備えている。

このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙１１２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１１２はガイド１１５で案内され、搬送ベルト１２１とカウンタローラ１２２との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド１２３で案内されて先端加圧コロ１２５で搬送ベルト１２１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、図示しない制御回路によってＡＣバイアス供給部から帯電ローラ１２６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト１２１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト１２１上に用紙１１２が給送されると、用紙１１２が搬送ベルト１２１に静電力で吸着され、搬送ベルト１２１の周回移動によって用紙１１２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ１０３を往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０７を駆動することにより、停止している用紙１１２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１１２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙１１２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙１１２を排紙トレイ１５４に排紙する。

また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト１２１を逆回転させることで、記録済みの用紙１１２を両面給紙ユニット１５５内に送り込み、用紙１１２を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル１２１上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ１５４に排紙する

また、印字（記録）待機中にはキャリッジ１０３は維持回復機構１５５側に移動されて、キャップ１５７で記録ヘッド１０７のノズル面がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ１５７で記録ヘッド１０７をキャッピングした状態でノズルから記録液を吸引し（「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。）し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行い、この回復動作によって記録ヘッド１０７のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード１５８でワイピングを行なう。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド１０７の安定した吐出性能を維持する。

このようにこの画像形成装置においては本発明に係る液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを備えるので、液滴吐出効率が高く、高画質画像を安定して形成することができ、装置自体の小型化、低コスト化も図れる。

なお、上記実施形態では本発明をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、インク以外の液体である記録液や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す分解斜視図である。 同ヘッドの長手方向に沿う断面説明図である。 図２の要部拡大図である。 同ヘッドの液室短手方向に沿うバイピッチ構造の断面説明図である。 同ヘッドの液室短手方向に沿うノーマルピッチ構造の断面説明図である。 同ヘッドの圧電素子部分の要部拡大断面説明図である。 活性部長と変位量の関係を説明する説明図である。 活性部長と液室圧力の関係を説明する説明図である。 振動板連結部長と圧力最大となる活性部長と連結部長の差を説明する説明図である。 活性部長と連結部長の差と相互干渉の関係の説明に供する説明図である。 活性部長と評価パラメータとの関係の説明に供する説明図である。 不活性部長と相互干渉の関係の説明に供する説明図である。 不活性部長と液室圧力の関係の説明に供する説明図である。 振動板厚肉部と圧電素子の不活性部とを連結した液体吐出ヘッド構成を説明する断面説明図である。 振動板厚肉部と圧電素子の不活性部とを連結しない液体吐出ヘッド構成を説明する断面説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す全体構成図である。 同じく要部平面説明図である。

符号の説明

１…流路板
２…振動板
３…ノズル板
４…ノズル
６…液室
１１…連結部
１２…圧電素子
３１…活性部
３２…不活性部
１０３…キャリッジ
１０７…記録ヘッド

Claims (8)

1. 記録液の液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板と、この振動板を変位させる積層型圧電素子とを備え、前記積層型圧電素子は、電圧印加で変位を生じる活性部と変位を生じない不活性部とを有し、前記振動板に連結部を介して連結されている液体吐出ヘッドにおいて、前記積層型圧電素子の活性部の長手方向長さが、変位を生じたときに前記振動板の連結部との連結面に凹みが生じない長さであることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記活性部の長手方向の長さＬｐ（μｍ）は、前記連結部の長手方向の長さＬｊ（μｍ）に対して、Ｌｐ≦Ｌｊ＋５００、の関係にあることを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 請求項２に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記活性部の長手方向の長さＬｐ（μｍ）は、前記連結部の長手方向の長さＬｊ（μｍ）に対して、Ｌｐ≧Ｌｊ＋３００、の関係にあることを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 請求項２又は３に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記活性部の長手方向の長さＬｐ（μｍ）は、１１００（μｍ）より長く、１５００（μｍ）より短いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記不活性部の長手方向の長さＬｕ（μｍ）は、前記活性部の長手方向の長さＬｐ（μｍ）に対して、Ｌｕ≦−０．５×Ｌｐ＋９５０、の関係にあることを特徴とする液体吐出ヘッド。
6. 請求項５に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記不活性部の長手方向の長さＬｕ（μｍ）は１００（μｍ）以上であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記積層型圧電素子と前記振動板とは、前記活性部内に配置された前記連結部のみで連結され、前記不活性部は振動板とは連結されていないことを特徴とする液体吐出ヘッド。
8. 記録液の記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置において、請求項１ないし７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
   

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